CN107450035B - 紧凑的传感器封装 - Google Patents

Abstract

本发明公开紧凑的传感器封装。磁性传感器布置（100），包括：部件板（104），该部件板（104）通过两个相对的主表面（110、112）定界并且具有用于容纳磁场产生结构（102）的至少部分的容纳孔（106）；以及磁性传感器封装（108），该磁性传感器封装（108）被至少部分地定位在两个相对的主表面（110、112）之间并且被配置用于感测由磁场产生结构（102）产生的磁场。

Description

紧凑的传感器封装

技术领域

本发明涉及磁性传感器布置以及制造磁性传感器布置的方法。

背景技术

常规的磁性传感器布置包括安装在轴上并且沿着轴的旋转轴间隔开的两个磁性部分。磁场传感器元件可以被放置在两个部分中间。这样的类型的磁性部分对于产生具有高对称性的磁场是有用的。提到的布置可以作为角度传感器操作。尽管所有部件的装配容差，仍然可以获得适当的角度精度。

然而，仍存在进一步增大这样的和其他类型的传感器的精度的空间。

发明内容

可能需要具有高感测精度的磁性传感器布置。

根据示例性实施例，提供一种磁性传感器布置，其包括：部件板，该部件板通过两个相对的主表面定界（delimit）并且具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔（其中，该孔例如可以是部件板的通孔、孔穴或者凹进部分）；以及磁性传感器封装，该磁性传感器封装被至少部分地定位在两个相对的主表面之间并且被配置用于感测由磁场产生结构产生的磁场。

根据另一个示例性实施例，提供一种磁性传感器布置，其包括：部件板，该部件板具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔（其中，该孔例如可以是部件板的通孔、孔穴或者凹进部分）；以及磁性传感器封装，该磁性传感器封装被安装在部件板上和/或所述部件板中并且被配置用于感测由磁场产生结构产生的磁场，其中，该磁性传感器封装包括载体上的感测元件，并且其中，该感测元件从载体朝向部件板延伸。

根据又另一个示例性实施例，提供一种制造磁性传感器布置的方法，其中该方法包括：提供具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔、通过两个相对的主表面定界的部件板；以及将磁性传感器封装至少部分地布置在两个相对的主表面之间，并且该磁性传感器封装被配置用于感测由磁场产生结构产生的磁场。

根据仍然另一个示例性实施例，提供一种制造磁性传感器布置的方法，其中该方法包括：提供具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔的部件板；将磁性传感器封装安装在部件板上和/或所述部件板中；将磁性传感器封装配置成用于感测由磁场产生结构产生的磁场；使磁性传感器封装装备有载体上的感测元件；以及将载体上的感测元件布置成从载体朝向部件板延伸。

根据仍然另一个示例性实施例，提供一种磁性传感器布置，其包括：部件板，该部件板具有第一垂直厚度并且具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔；以及磁性传感器封装或裸半导体芯片，该磁性传感器封装或裸半导体芯片具有第二垂直厚度，被安装在部件板上，并且包括被配置用于感测由磁场产生结构产生的磁场的感测元件，其中，该感测元件被垂直地定位成远离垂直中心不大于第一垂直厚度和第二垂直厚度的和的1/3，该垂直中心垂直地位于由部件板和安装在其上的磁性传感器封装或裸半导体芯片组成的组件的上端和下端之间的中间。

根据本发明的示例性实施例，一种高度紧凑的磁性传感器布置设有感测部分在垂直方向上的小延伸。

根据一方面，这能够通过将磁性传感器封装部分地或完全地定位在部件板内而不是完全地定位在部件板的外面或者完全地表面安装在其上来实现。换言之，可能在部件板中对磁性传感器封装的至少部分进行锪钻（countersink），从而获得紧凑的配置，同时将感测元件布置成接近于轴向中心位置。当磁性传感器封装的至少部分，特别是至少其感测元件，至少部分地延伸到部件板中时，感测部分向布置的整个厚度增加了小于磁性传感器封装厚度的净垂直延伸。在使用具有关于旋转轴的非对称磁性质的一个或多个磁性元件的角度传感器的示例中，这减小了磁性传感器封装的感测元件和一个或多个磁性元件之间的距离，因此，作为感测元件和（一个或多个）磁性元件之间的较小距离以及因此通过感测元件感测的增大的磁场的结果，增大磁感测的精度。此外，可以实现传感器布置的减小的垂直厚度并且因此实现更高的紧凑性。

在另一个方面中，该方面能够与先前描述的方面组合或者能够被替代地实现，可能的是，磁性传感器封装的内部构造被配置成使得能够实现磁性传感器布置的传感器部分的低垂直厚度。特别地，这可以通过以下操作来实现：将磁性传感器封装的感测元件安装在其载体上并且将感测元件定向成使得其面向部件板而不是远离部件板引导。这还将磁性传感器布置的感测部分的轴向尺寸保持为小的，因为能够避免感测元件在垂直方向上的过量突出。因此，该另一个方面还有助于磁感测的精度的增大和较小的设计。因此，能够获得紧凑的磁性传感器布置，其同时具有高测量精度。

另外的示例性实施例的描述

在下文中，将解释磁性传感器布置和方法的另外的示例性实施例。

在实施例中，磁性传感器封装（特别是其感测元件）被至少部分地定位在容纳孔内。从而，可以获得特别紧凑的布置，其还允许磁性传感器封装，以及特别地其感测元件被定位成非常接近于磁场产生结构的轴向中心，该轴向中心可以与部件板的中心平面对应。这引起特别高的检测精度。

在实施例中，磁性传感器封装被安装在部件板的主表面中的一个处，并且延伸到容纳孔中。在这种配置中，磁性传感器封装设有稳定的安装基底，并且然而能够以小的垂直厚度与部件板组合配置。

在实施例中，磁性传感器封装包括载体上的感测元件（特别是半导体芯片或其部分），其中感测元件和载体中的至少一个至少部分地被密封剂密封。

密封剂可以是模制化合物或层压件。

术语“感测元件”可以特别地表示具有在特性上受感测元件的位置处的磁场影响的至少一个可测量性质的物理结构。针对这样的感测元件的示例是霍尔传感器（特别是霍尔板或垂直霍尔效应器件）或者磁阻传感器（特别是各项异性磁阻（AMR）、巨磁阻（GMR）、或隧道磁阻（TMR）传感器）。霍尔传感器可以基于霍尔效应而检测磁场。磁阻传感器可以基于传感器材料的电阻根据磁场的变化的现象而检测磁场。还可能的是，将感测元件提供作为上面提到的或其它传感器类型中的两个或更多的布置。例如，多个磁阻传感器可以被布置在惠斯通（Wheatstone）桥中。

载体可以是芯片载体，诸如，引线框架、插入物、衬底等。

在实施例中，感测元件的至少部分和密封剂的至少部分被定位在容纳孔中或者可以嵌入在部件板中。特别地，在一个实施例中，载体可以是平坦结构。感测元件加上密封剂可以是具有从载体的一个主表面延伸的端子的体积大的结构。在优选实施例中，这样的突出的感测元件-密封剂组件可以被至少部分地定位在容纳孔中以获得紧凑且高度精确的磁性传感器布置。

在实施例中，载体的至少部分被安装在部件板的主表面中的一个处。当被安装在部件板的主表面上时，载体可以直接与部件板的该表面上的导电迹线电耦合，其不仅实现机械连接而且实现电连接。

在实施例中，载体是基本上平坦的并且被完全定位在容纳孔的外面（例如，对照图1）。在本申请的上下文中，术语“基本上平坦”可以特别地表示仍然覆盖与完全平坦的几何结构轻微偏差。特别地，载体（特别是引线框架）的冲压、载体的半刻蚀或载体中的小于载体厚度的两倍的轮廓仍然可以被认为是基本上平坦的载体。为了解释的目的，仍然参考描述的实施例和图1，当载体在轴向方向上被定位在部件板的两个相对的主表面的外面时，即使其被部分地定位在容纳孔的径向范围里面，所述载体仍然能够被认为是“被完全定位在容纳孔的外面”。

在这样的实施例中，平板或片类型载体用作基本上对磁性传感器布置的垂直厚度没有贡献的悬臂。然而，在密封剂中的感测元件的至少主要部分从该平板或片状的载体延伸到容纳孔中，并且因此可以呈现接近于磁场产生结构的垂直和轴向中心的位置。这对检测精度和紧凑性具有正面影响。

在实施例中，载体的至少一部分，特别是载体的端子部分是弯的或弯曲的，并且被部分地定位在容纳孔里面且部分地定位在容纳孔外面。在这样的实施例中，三维地弯的载体的凹部分可以用于以节省空间的方式容纳感测元件和密封剂。此外，这种封装架构与高磁场检测精度高度兼容并且仅向磁性传感器布置的体积增加小的量。

在实施例中，磁性传感器封装被安装在腔中，所述腔位于部件板的在所述部件板的相对的主表面之间的第三表面。通过将磁性传感器封装至少部分地嵌入在部件板的腔中，即在其盲孔中，能够获得具有简单设计的而且高度紧凑的磁性传感器布置。

在实施例中，感测元件被布置在载体和部件板之间（与其中载体被定位在感测元件和部件板之间的另一个设计形成对比）。在载体和部件板之间，极小的感测元件与其密封剂的至少主要部分一起在机械上被安全保护并且被布置成使得其对磁性传感器布置的垂直厚度的贡献非常小。

在实施例中，载体是弯的以从而形成感测元件被至少部分地容纳在其中的腔。将感测元件和密封剂布置在三维地弯的载体（诸如，弯曲的引线框架）的凹部分中而不是另外从载体的凸部分突出允许实现具有小空间消耗且具有高感测精度的磁性传感器布置。

在实施例中，磁性传感器封装包括密封剂，其中感测元件和载体中的至少一个至少部分地被密封剂密封。这样的密封剂提供对感测元件的机械保护和电隔离，同时允许磁场穿透到磁性传感器封装中。这能够通过模制类型密封剂或通过层压类型密封剂来实现。

在实施例中，密封剂被至少部分地布置在载体和部件板之间。因此，体积相当大的密封剂也可以面朝部件板而定位，从而进一步增大紧凑性。

在实施例中，载体被安装在部件板的两个相对的主表面中的一个上。这种几何结构允许将感测元件带至接近于磁场产生结构的径向和轴向中心。

在实施例中，感测元件被定位在磁性传感器封装里面，以便被定位成相比于与安装表面相对的另一个磁性传感器封装表面更接近于磁性传感器封装的安装表面。

在实施例中，磁性传感器封装被定位在磁场产生结构的对称平面（其可以与部件板的对称平面对应）内或者紧挨着该对称平面。例如，磁场产生结构可以是具有两个轴向对称地隔开的磁性元件的可旋转轴，所述磁性元件具有径向非对称性质。将感测元件布置在两个这样的轴向地隔开的磁性元件之间的对称平面中允许获得角位置等的非常高的检测精度。

在实施例中，磁性传感器封装被安装在部件板上，以使得感测元件和磁场产生结构的最近的可旋转部分之间的轴向间隔大于载体和最近的可旋转部分之间的轴向间隔。这个配置引起非常高的测量精度。

在实施例中，磁性传感器封装是引线传感器封装。这样的实施例被示出在图1和图2中。在另一个实施例中，磁性传感器封装是表面安装器件（SMD）传感器封装。这样的实施例被示出在图3至图5中。在又另一个实施例中，磁性传感器封装是无引线传感器封装。这样的实施例被示出在图6中。因此，示例性实施例的架构与非常不相同的类型的封装兼容。

在实施例中，至少一个端子中的至少一个（其可以形成诸如引线框架的载体的端部分）从磁性传感器封装延伸出并且沿着主表面中的一个延伸。这引起垂直紧凑的配置。

在实施例中，多个端子中所有端子从磁性传感器封装的相同侧边缘延伸出（例如，参见图2）。这样的配置，其可以与引线传感器封装设计对应，允许以紧凑的方式在磁性传感器封装和电子外设之间传输信号。

在实施例中，多个端子从磁性传感器封装的至少两个侧边缘，特别是至少两个相对的侧边缘延伸出（例如，参见图3）。这样的端子设计允许在磁性传感器封装和电子外设之间传输大量信号。

在实施例中，磁性传感器布置包括被至少部分地定位在两个相对的主表面之间并且被配置用于感测由磁场产生结构产生的磁场的至少一个另外的磁性传感器封装，其中，磁性传感器封装被配置用于感测在磁场产生结构周围的不同圆周位置处的磁场。因此，所描述的架构与多个周向分布的磁性传感器封装的布置兼容，多个周向分布的磁性传感器封装中的每个能够检测局部磁场。因此，在不向磁性传感器布置的垂直厚度增加任何厚度的情况下，能够获得指示可旋转磁场产生源的角位置或通过导体类型磁场产生源流动的电流的检测信息的精度。

在实施例中，磁性传感器布置包括可以被至少部分地布置在容纳孔内的磁场产生结构。例如，这样的磁场产生结构可以包括永磁体或电磁体。还可能的是，磁场产生结构是大电流通过其流动的导体。在后面的配置中，由于在电流通过其流动的导体周围产生磁场的事实，产生要被检测的磁场。

在实施例中，磁场产生结构包括相对于磁性传感器封装可旋转的可旋转轴，并且包括至少一个磁性元件，所述至少一个磁性元件被安装在轴上并且具有关于轴的要被感测的旋转角的非对称磁性质。例如，轴可以具有非磁性质或者可以具有磁性质（例如，可以属于铁类材料或磁钢）。然而，这个轴上的优选两个轴向地隔开的磁性元件优选地具有角度非对称配置（例如，通过磁性元件的角度变化的厚度来获得）。通过磁性传感器布置的磁性传感器封装中的感测元件检测到的磁场可以精确地取决于磁性元件的当前角位置。因此，这样的配置可以用作角传感器。

在另一个实施例中，磁场产生结构包括导电结构，要被感测的电流能够通过所述导电结构流动。在这样的配置中，磁性传感器布置可以被配置为电流检测器，因为通过感测元件检测的磁场在特性上取决于通过电导体流动的电流的值。

在实施例中，容纳孔是由板的边缘处的凹进部分、板内部通孔、凹槽和盲孔组成的组中的一个。其它配置也是可能的。

在实施例中，部件板是印刷电路板（PCB）。这样的PCB可以不仅用作稳定的安装基底而且能够提供期望的电路。其它平板形的部件板也是可能的。

在实施例中，磁性传感器布置被配置为由角度传感器和电流传感器组成的组中的一个。然而，其它传感器应用也是可能的。

根据结合附图得到的以下描述和所附权利要求，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得明显，在附图中，相似的部分或元件通过相似的参考数字表示。

附图说明

附图，其被包含以提供本发明的示例性实施例的进一步理解并且构成说明书的一部分，图示本发明的示例性实施例。

在绘图中：

图1图示根据示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置的横截面；

图2图示根据图1的磁性传感器布置的另一个视图；

图3图示根据另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置的平面视图；

图4图示图3的磁性传感器布置沿着线B-B’的横截面视图；

图5图示图3的磁性传感器布置沿着线A-A’的横截面视图；

图6图示根据仍然另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置的部分的横截面视图；

图7图示根据示例性实施例的磁性传感器布置的磁场产生结构的三维视图；

图8图示根据又另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置的横截面视图；

图9图示根据示例性实施例的被配置为电流传感器的磁性传感器布置的磁场产生结构的三维视图；

图10至图13图示根据示例性实施例的具有磁性传感器封装的磁性传感器布置的横截面视图；

图14和图15图示根据示例性实施例的带有具有感测元件的裸管芯的磁性传感器布置的横截面视图。

具体实施方式

绘图中的图示是示意性的并且不按比例。

在将参考图更详细地描述示例性实施例之前，将总结一些一般考虑，基于所述一些一般考虑已经开展了示例性实施例。

如果磁性传感器封装的一个或多个感测元件能够被放置在磁场产生结构的两个磁性元件之间的对称平面（z=0）中或者至少接近于该对称平面，则将是有利的。另一方面，磁场产生结构的磁性元件的间隔应当接近以便增大它们中间的磁场并且减小远离磁体的磁场（其否则可以干扰附近的其它装备）。

磁性感测元件可以被容置在磁性传感器封装中，所述磁性传感器封装可以被安装到部件板（例如，印刷电路板，PCB）。部件板可以具有用以容纳磁场产生结构的轴的容纳孔。例如，还可能的是，部件板具有叉形以限定容纳孔。此外，部件板可以被放置在两个磁性元件之间，因此磁性元件的间隔应当足够大以容纳部件板和（一个或多个）传感器封装。如果部件板例如为1 mm厚并且磁性传感器封装为1 mm厚，则这意味着2 mm加上以下和以下1 mm的某些空隙，这给出大约4 mm的磁体之间的最小间隔。

本发明的示例性实施例可以考虑以上和其它边界条件中的一个或多个以提供具有高检测精度的磁性传感器布置。

本发明的示例性实施例的第一方面允许减小磁性传感器布置或组件的轴向空间消耗。这可以涉及离轴/贯通轴（through-shaft）磁性角度传感器的特定设计，其中感测元件被放置在可旋转轴周围。有利地，可能将磁性传感器封装倒置地安装到部件板上，以使得磁场感测元件被定位在部件板的顶表面以下，磁性传感器封装附接到该部件板。在这个上下文中，可能提供两个磁性元件被安装到其的贯通轴，并且部件板被放置在两个磁性元件之间（例如，对照图1）。轴和磁性元件作为整体可以是可旋转的，而部件板可以是固定的。至少一个磁性传感器封装可以被安装到部件板（例如，可能将三个磁性传感器封装安装在与旋转轴同心的相同半径上的整数多个120°处）。部件板可以被配置有叉形，以使得可能在不将磁性元件从轴上取下的情况下将其插入在磁性元件之间。然而，还可能的是，部件板仅具有容纳轴的内部容纳孔。

一般地，在所描述的磁性传感器布置的固定部分和可旋转部分之间存在径向和轴向空隙。鉴于这个考虑，当两个磁体元件的间隔具有一定预定值时，任务可能是布置一个或多个磁性传感器封装和部件板使得空隙具有足够的尺寸。小的间隔可以有益于大信号和小空间消耗。在许多情况下，磁性元件的直径随着它们之间的间隔调节：较小的直径与它们之间的较小的轴向间隙对应，并且反之亦然。于是，特别是对于小直径，插入部件板加上（一个或多个）磁性传感器封装并且提供足够的空隙以避免碰撞可能变得具有挑战性。

本发明的示例性实施例的优点在于感测元件的轴向位置可以被选择为在两个外表面（即，部件板的底表面和磁性传感器封装的顶表面）之间。特别地，感测元件的z坐标（即，在与部件板的对称平面正交的方向上的垂直坐标，其中，在本描述的上下文中该正交方向也能够被表示为轴向方向）可以低于部件板的顶表面。这可以有助于将传感器元件放置在磁性元件的对称平面（其与中心平面对应）中，以使得部件板以上和以下的轴向空隙可以增大，特别是可以被最大化。

以下示例性实施例示出对于被倒置放置到部件板中的容纳孔或凹进部分中的表面安装器件（SMD）封装可以如何实现这种原理（可能提供单个磁性传感器封装，尽管若干个磁性传感器封装可以放置或者分布在可旋转轴周围）。如果部件板的厚度被选择为使得磁性传感器封装不在部件板或载体的底侧突出，则这是高度有利的，因为于是部件板保护磁性传感器封装免于与可旋转部分的碰撞。特别地，磁性传感器封装的半导体芯片的敏感表面（例如，在图1中封装部分在容纳孔中的下表面）可以被保护以防这样的碰撞，而坚固的载体被定位在其处的磁性传感器封装的较不敏感的相对表面（例如，在图1中封装部分在容纳孔外面的上表面）能够被暴露得更接近于可旋转部分，其中强硬的载体被定位在磁性传感器封装。敏感表面可以包含接合线和包含感测元件的硅表面。较不敏感的表面可以包含载体的引线框架背面。

要理解的是，本发明的实施例对于无引线封装也起作用，例如当部件板不具有通孔而是与此形成对比具有形成腔的凹进部分（例如，对照图6）。

应当进一步提到的是，无论半导体芯片的取向如何（即，无论面朝上的几何结构、面朝下的几何结构、倒装芯片的几何结构等），本发明的实施例都可以起作用。

本发明的示例性实施例也可以被实现用于磁流传感器（所以，本发明的实施例的应用不限于角度传感器）。在这样的场景下，承载（一个或多个）磁性元件的轴可以被厚导体代替并且部件板上的（一个或多个）磁场传感器可以检测由通过导体流动的电流产生的磁场。因此，可以可能的是，由此导出估计的电流。然而，本发明的示例性实施例对于带有在其中间具有窄间隙的两个磁体的离轴/贯通轴磁性角度传感器特别有用。

根据示例性实施例，提供一种磁性传感器布置，其包括部件板，该部件板包括优选地与垂直轴正交的两个主表面（即，顶表面和底表面）。部件板可以包括容纳孔（诸如，孔穴或凹进部分）。至少一个磁场感测元件可以被定位在管芯中和/或管芯上，其中，管芯可以被容置在包括电端子的磁性传感器封装中。磁性传感器封装可以以使得相比于两个主表面中的第二个，磁性传感器封装的电端子更接近于两个主表面中的第一个这样的方式被安装到部件板在容纳孔附近，以使得至少一个磁场感测元件和两个主表面中的第二个之间的间隔小于电端子和两个主表面中的第二个之间的轴向间隔。

所描述的布置可以被配置为磁流传感器，其中导体穿过部件板中的容纳孔。

在示例性实施例中，可以形成感测元件的管芯可以沿着垂直轴在平面视图中突出到容纳孔中。

在一个实施例中，传感器封装是无引线封装。端子中的至少一个可以横向地（即，在xy平面中）从磁性传感器封装突出。

在另一个实施例中，所有端子可以横向地从磁性传感器封装的相同表面突出（这可以与引线封装架构对应）。

还可能的是，所有端子横向地从传感器封装的两个相对的表面突出（这可以与SMD封装对应）。

根据实施例，容纳孔可以被配置为容纳一个轴，所述轴可围绕穿过容纳孔的导体或z轴旋转。

磁场源或磁场产生结构可以附接到所述轴或者可以形成其组成部分。

可能的是，管芯被附接到引线框架的管芯座（die-paddle）并且连接到由引线框架制成的电端子。管芯座可以是引线框架的一部分。单片化的管芯或芯片可以可焊接或可胶合在这样的管芯座上。

本发明的示例性实施例的第二方面（其可以与第一方面组合）还允许减小磁性传感器组件的轴向空间消耗。在这样的实施例中，可以提供离轴/贯通轴磁性角度传感器，其中传感器元件可以被放置在可旋转轴周围。

常规地，SMD封装可以被安装在部件板上，其中传感器管芯可以被定位在磁性传感器封装的这一侧处，其与引线相对，所述引线被焊接到部件板（诸如，PCB）。由于磁性传感器封装的厚度粗略地等于部件板的厚度，所以（一个或多个）磁场感测元件的轴向位置远离对称中心向上偏移，以使得图8中的轴向距离z相比于轴向距离y可以小得多。如果期望将它们放置在对称中心中，则将需要将磁性元件拉开得更远，然后部件板和下磁性元件之间的空隙将小于磁性传感器封装和上磁性元件之间的空隙，这浪费构造空间。此外，如果轴具有轴向运动，则常规地存在一定的风险：磁性元件与磁性传感器封装的易碎顶表面碰撞。这可能导致磁性传感器布置发生故障。

本发明的示例性实施例可以将磁性传感器封装的传感器芯片放置在芯片载体（诸如，引线框架）下面，以使得（一个或多个）感测元件朝向与引线或端子的可焊接接触部分相同的侧而定向。封装可以被安装到部件板。因此，（一个或多个）感测元件可以粗略地处于包括部件板和磁性传感器封装的夹层结构中的中间，以使得（一个或多个）磁场感测元件以上和以下的轴向距离x（例如，感测元件和磁体之间的距离）是相同的或者至少是相似的（例如，高达33%）。更一般地，感测元件和封装的顶侧之间的距离可以与感测元件和部件板的底侧之间的距离相同或者可以近似相同。由于部件板和磁性传感器封装可以粗略地同样厚，所以可能将（一个或多个）感测元件放置在中心平面（z=0）中或者接近于中心平面，并且仍然受益于部件板与下磁性元件之间以及传感器与上磁性元件之间的相等空隙。如果（例如，由于轴的轴向运动）磁性元件与磁性传感器封装碰撞，易碎的半导体芯片和其接合线（其可以被定位在包含磁场传感器元件的芯片表面上）可以被保护免受旋转部分的影响，因为它们在部件板和磁性传感器封装的夹层中。

在一些实施例中，仅存在单个磁体部分，并且代替第二磁体部分，可以存在附接到轴的一些铁类部分，像例如圆盘，其充当磁屏蔽物以将外部磁干扰（来自干线电源或者其它附近的装备）从磁性传感器元件屏蔽掉。

如果仅存在单个磁体部分而没有第二磁体部分并且没有第二铁类屏蔽物，则保护（一个或多个）易碎的感测元件免受旋转部分的影响的优点也成立。还可能将单个旋转磁体部分放置在部件板下面，以便保护磁性传感器封装免受旋转磁性元件的影响。

本发明的示例性实施例的优点对于例如具有粗略25 mm的外径的小磁性元件可能更显著，因为此时可以期望具有（一个或多个）磁性元件和（一个或多个）感测元件之间的约为粗略2 mm的小轴向间隔。

在实施例中，磁性传感器封装可以沿着其周界在所有四个侧上具有引线/引脚，或者其可以是双列直插类型的磁性传感器封装，所述双列直插类型的磁性传感器封装沿着其周界仅在两个相对的侧上具有引线/引脚。另外替代地，磁性传感器封装可以是引线类型的封装，所述引线类型的封装沿着其周界仅在单个侧上具有引线。其还可以是无引线封装，所述无引线封装在其安装表面上具有焊料焊盘。这些焊盘可以填充整个安装表面或者仅安装表面的周界的一部分。特别地，其可以仅在周界的一侧、两侧或三侧上具有焊盘。在所有这些情况下，如果在磁性传感器封装的至少一个侧（即，最接近旋转轴的这个侧）附近不存在引线/引脚/焊盘，则其可能是有益的。这增大旋转轴和磁性传感器封装之间的空隙或者甚至使所述空隙最大化，尽管（一个或多个）传感器元件的一定径向距离对于获得适当的性能可能是有利的（通过将磁性元件放置在如下径向位置处：在该径向位置处，磁场强到足够以高精度被测量到并且仍对称得足够将由于安装容差引起的误差保持为小的）。

在示例性实施例中，提供一种角度传感器布置，其包括可围绕旋转轴旋转的轴和具有容纳孔（诸如，孔穴或容纳轴的任何其它类型的孔）的部件板。磁场源可以附接到轴。至少一个磁场感测元件可以被定位在衬底中和/或衬底上，该衬底被容置在安装到部件板的至少一个磁性传感器封装中。可以在至少一个磁场传感器元件和磁场源之间提供轴向间隔，其中磁场传感器元件可以被放置在磁性传感器封装里面，以使得相比于与封装的安装表面相对的第二封装表面，所述磁场传感器元件更接近于磁性传感器封装的安装表面。

根据实施例，至少一个磁性传感器封装可以被定位在磁场源的对称平面中，该对称平面可以与旋转轴正交。

在实施例中，衬底可以是硅管芯。

可能的是，磁性传感器布置包括用以读出其输出信号（例如，在信号调节方面）的至少一个磁场感测元件和电路。

在实施例中，至少一个磁性传感器封装可以包括引线框架，传感器衬底可以被安装到该引线框架。磁性传感器封装可以被安装在部件板上，以使得衬底和最近的可旋转部分之间的轴向间隔大于引线框架和所述最近的可旋转部分之间的轴向间隔。

图1图示根据示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置100的横截面。图2图示根据图1的磁性传感器布置100的另一个视图。

磁性传感器布置100包括平板形的部件板104，在这里该部件板104体现为印刷电路板（PCB）。部件板104通过两个相对的主表面110、112定界并且具有容纳孔106，在这里容纳孔106体现为通孔。部件板104能够是导电迹线在电介质基体中的层压件。容纳孔106容纳磁场产生结构102的可旋转（参见旋转轴199和旋转箭头197）轴130。此外，预见三个磁性传感器封装108（对照图2），所述三个磁性传感器封装108被部分地定位在两个相对的主表面110、112之间和容纳孔106之内。磁性传感器封装108的另一个部分在垂直方向上轻微地超过主表面110突出。磁性传感器封装108被配置用于感测由磁场产生结构102，更具体地由它的被固定地安装在轴130上的两个轴向地隔开的磁性元件132产生的磁场的相应的局部值。磁性元件132关于轴向对称平面195垂直对称地隔开。磁性传感器封装108被安装在主表面110处并且延伸到容纳孔106中。磁性传感器封装108中的每个包括安装在导电载体116上的感测元件114（被提供在半导体芯片189上或者形成半导体芯片189的部分）。感测元件114（完全地）和载体116（部分地）两者被密封剂118密封，密封剂118可以是电介质模制化合物。感测元件114和密封剂118的部分被定位在容纳孔106中。载体116被安装在主表面110处。如图1中能够看到得最好的，载体116（即，引线框架）体现为平坦的导体并且被完全定位在容纳孔106的外面（其中，容纳孔106被部件板104的垂直壁横向定界并且被上主表面110和下主表面112的没影线垂直定界）。在所示出的实施例中，磁性传感器封装108是引线传感器封装。端子124从相应的磁性传感器封装108延伸出并且沿着主表面110且平行于主表面110延伸。更具体地，所有端子124从相应的磁性传感器封装108的相应相同的侧边缘150延伸出。

如能够从图1得到的（虽然也应当参考图7），磁场产生结构102包括相对于部件板104和磁性传感器封装108可旋转的可旋转轴130。此外，磁场产生结构102包括两个对称地定位的磁性元件132，磁性元件132可以具有带有关于要被感测的旋转角度的非对称磁性质的永磁材料。磁性元件132是圆盘形的，其厚度在与轴的轴正交的平面内变化。

如能够从图2得到的，三个磁性传感器封装108全部被部分地定位在两个相对的主表面110、112之间并且均被配置用于感测由磁场产生结构102产生的磁场。因此，磁性传感器封装108被配置用于感测在磁场产生结构102周围的不同圆周位置处的磁场。这提供空间磁场分布，并且因此增大检测精度。

图1的正视图示出在磁性元件132与相应磁性传感器封装108的感测元件114的垂直位置之间的在垂直方向上的相等间隔d。归因于根据图1的磁性传感器布置100的各个部件的空间布置，相应的磁性传感器封装108的上端和上磁性元件132的下表面之间的轴向距离s能够被保持为非常小。而且，小径向空隙l，即，可旋转轴130的圆柱形表面和相应的磁性传感器封装108的径向内端之间的径向距离能够被保持为非常小。而且，下磁性元件132的上表面和部件板104的下主表面112之间的轴向空隙b能够被保持为相当小，并且例如，与轴向空隙s相同或者非常相似。有利地，相应的磁性传感器封装108从平坦或者片状的载体116的暴露部分向下延伸的体积大的部分延伸到容纳孔106中，并且因此对根据图1的磁性传感器布置100的感测部分的垂直厚度没有显著贡献。因此，可以获得紧凑且高度对称的布置，其允许通过感测元件114以高精度检测磁场。组成根据图1的磁性传感器封装108的引线封装突出到PCB类型部件板104的孔穴或容纳孔106中并且面朝下定向。

图2的平面视图示出三个引线磁性传感器封装108如何在圆柱形轴130的圆周周围分布，其中每两个相邻的磁性传感器封装108关于彼此隔开120°。这允许适当地检测轴130周围的磁分布。

在根据图1和图2的磁性传感器布置100的操作期间，轴130以一定的角速度旋转。由于磁性元件132的角度非对称配置（对照图7），感测元件114检测相应的磁场值，该相应的磁场值是磁性元件132的当前角位置的清晰指纹，并且因此是轴130的当前角位置的清晰指纹，磁性元件132被刚性地安装到所述轴130上以便与轴130一起旋转。由于相应的感测元件114的位置相当接近轴132的径向中心并且关于两个磁性元件132对称地定位，所以能够获得高精度的检测结果。

利用根据图1和图2的布置，实现感测元件114的轴向中心定位。这样的对称几何结构允许将感测元件114和磁性元件132之间的绝对距离保持为小的，这引起高检测精度。利用该足够小的绝对距离，其同时足够大到防止在操作期间磁性传感器布置100的各种元件的碰撞，还实现紧凑的设计。利用根据图1和图2的引线封装配置，可能的是，端子124被暴露在相应的磁性传感器封装108的一个、两个、三个或所有四个侧边缘上。

图3图示根据另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置100的平面视图。图4图示图3的磁性传感器布置100沿着线B-B’的横截面视图。图5图示图3的磁性传感器布置100沿着线A-A’的横截面视图。

在根据图3至图5的实施例中，磁性传感器封装108是表面安装器件（SMD）传感器封装。在这个实施例中，多个端子124从磁性传感器封装108的两个相对的侧边缘150、152延伸出。如图5中能够看得最好的，在这里载体116是弯的引线框架并且被部分地定位在容纳孔106里面且部分地定位在容纳孔106外面。

如能够从图3得到的，容纳孔106在这里被配置成使得部件板104具有叉形的设计。这使轴102到容纳孔106中到期望位置的插入简化。如此外能够从图3得到的，磁性传感器封装108垂直延伸到在容纳孔106的最里面位置的窄孔部分中。利用这种几何结构，轴102的装配或拆卸不受磁性传感器封装108干扰。如在图5中用参考数字180示出的，载体116的端部分可以被焊接到部件板104的主表面110。在载体116的管芯座182上，安装半导体芯片189上的感测元件114。元件182、114、189被密封剂118密封。因此，载体116的弯曲部分以及感测元件114和密封剂的118的主要部分被定位在容纳孔106中，并且因此不显著地增加根据图3至图5的磁性传感器布置100的传感器部分的厚度。

利用根据图3至图5的SMD（表面安装器件）配置，可能的是，弯曲的引线框架的端子124被暴露在磁性传感器封装108的两个相对的侧边缘150、152上。

图6图示根据仍然另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置100的横截面视图。在根据图6的实施例中，磁性传感器封装108被安装在腔120中并且在第三表面122上，第三表面122被定位在部件板104的相对的主表面110、112之间并且与相对的主表面110、112平行。根据图6的架构与磁性传感器封装108的无引线传感器封装配置对应。能够通过半刻蚀制造图6中示出的引线框架类型的载体116。

在根据图6的配置中，磁性传感器封装108的底部不或者不显著地延伸超过部件板104的底部。在优选实施例中，部件板104的厚度使得感测元件114的轴向位置位于部件板104的顶表面110和底表面112之间的中间。

利用根据图6的无引线封装配置，可能的是，外部端子124被省略并且被在磁性传感器封装108的一个侧边缘上的平面外部接触区域代替。

图7图示根据示例性实施例的磁性传感器布置100的磁场产生结构102的三维视图。

图7中示出的磁场产生结构102的三维视图图示所述磁场产生结构102由例如铁类可旋转圆柱形轴130组成，在所述轴130上轴向间隔开的两个磁性元件132被刚性地安装以便与轴130一起旋转。如此外能够从图7得到的，两个磁性元件132的厚度沿着轴130的圆周变化，其中磁性元件132中的一个的一定角位置处的厚度与磁性元件132中的另一个在该角位置处的厚度对应。两个磁性元件132是圆盘形的，具有周向变化的厚度。这允许被布置在磁性元件132的对称平面中或者与其接近的感测元件114（图7中未示出）在其当前被定位成接近于磁性元件132的最厚部分时检测到高磁场值。相应地，在感测元件114当前被定位成接近于磁性元件132的最薄部分时，磁场一直走到零（go through zero）。

在被示出在图7的右手侧并且朝向图7的右手侧变得更厚的磁性元件132的部分之间，最大的磁场能够是例如+50 mT。相应地，在被示出在图7的左手侧并且朝向图7的左手侧变得更厚的磁性元件132的部分之间，最大的磁场能够是例如-50 mT。在磁性元件132的最薄部分之间，磁场能够是例如0 mT。磁性元件132的被示出在图7的右手侧的部分在正z方向上被磁化，而磁性元件132的被示出在图7的左手侧的部分在负z方向上被磁化。旋转轴与根据图7的垂直轴对应。

根据图7，磁性元件132的周向变化的厚度提供轴向磁场的强度的圆周调制。然而，磁性元件132的替代配置是具有周向均匀的厚度但是周向不均匀的磁化的圆盘形的磁性元件132的提供。

图8图示根据又另一个示例性实施例的被配置为角度传感器的磁性传感器布置100的横截面视图。

为了简单起见，图8将左手侧的常规磁性传感器布置200与右手侧的根据本发明的示例性实施例的磁性传感器布置100相比较。

在图8的左手侧，能够看到的是，感测元件202和密封剂204被布置在弯的载体208的凸部分上，以使得感测元件202背对部件板210。这引起磁性传感器布置220的传感器部分的大垂直厚度。因此，磁性元件222需要远离部件板204，这减小检测精度。

接下来，将解释在右手侧的图8中示出的本发明的示例性实施例。这个实施例涉及包括体现为PCB的部件板104的示出的磁性传感器布置100。部件板104具有用于容纳磁场产生结构102的部分，即，轴130的部分的容纳孔106。磁场产生结构102经由支持物183和紧固元件181诸如螺钉将磁性元件132安装在轴130上。此外，磁性传感器封装108被安装在部件板104上并且被配置用于感测由磁场产生结构102产生的磁场。磁性传感器封装108包括载体116上的感测元件114。感测元件114从载体116朝向部件板104延伸。此外，感测元件114被布置在载体116和部件板104之间。根据图8的实施例，载体116是弯的以从而形成感测元件114至少部分地被容纳在其中的腔185。

图8的磁性传感器布置100包括密封剂118，其中感测元件114和载体116的部分被密封，例如模制化合物。密封剂118被部分地布置在载体116和部件板104之间，并且在向上方向上部分地延伸超过载体116。

载体116被安装在部件板104的主表面110上。感测元件114可以例如被定位在磁性传感器封装108里面，以便被定位成相比于与安装表面110相对的另一个磁性传感器封装表面更接近于磁性传感器封装108的安装表面110。磁性传感器封装108也可以被定位在磁场产生结构102的对称平面中或者接近于该对称平面。其可以例如被安装在部件板104上，以使得感测元件114和磁场产生结构102的最近的可旋转部分之间的轴向间隔大于载体116和最近的可旋转部分之间的轴向间隔。

根据在右手侧上的图8中示出的本发明的示例性实施例，在其半导体芯片189上的感测元件114被安装在二维弯的载体116的凹部分上，并且因此被布置在腔185中以使得其不增加根据图8的磁性传感器布置100的传感器部分的垂直厚度。这允许磁性元件132以更小的距离轴向隔开，这又增大检测精度。

将在左手侧上的常规布置与根据本发明的示例性实施例的右手侧上的布置进行比较，半导体芯片（参见在右手侧上的参考数字189）在左手侧被安装在载体208上面并且在右手侧被安装在载体116下面。已经出于这个原因，磁性传感器封装（参见在右手侧上的参考数字108）的厚度相差半导体芯片189的厚度，即大约0.2 mm。

然而，甚至更加重要地，假设两个磁性元件132/222的相同轴向距离，在左手侧上的布置中的感测元件202相比于在右手侧上的远离磁场的对称平面显著更远，在右手侧上，感测元件114非常接近于对称平面或者恰好在对称平面中。

简单地讲，在图8的左手侧上的常规配置可以通过使引线框架的脚远离感测元件202弯曲而获得，而根据示例性实施例的在图8的右手侧上的配置可以通过使引线框架的脚朝向感测元件114弯曲而获得。

图9图示根据示例性实施例的被配置为电流传感器的磁性传感器布置100的磁场产生结构102的三维视图。根据图9，磁场产生结构102包括导电结构140，要被感测的电流能够通过所述导电结构140流动。

因此，图9示出其中电流I流动通过作为磁场产生结构102的导电导体的配置。因此，在电流流动的情况下产生磁场B。这个磁场的值能够被磁性传感器封装108的感测元件114感测到。

当以适当的方式嵌入或者锪钻磁性传感器封装108和部件板104时，可以抑制从形式为磁场产生结构102的主要导体到传感器电路的电故障（breakdown）。因此，可以改进磁性传感器布置100的电可靠性。

图10图示根据示例性实施例的具有磁性传感器封装108的磁性传感器布置100的横截面视图。图10中示出的磁性传感器布置100包括具有第一垂直厚度T1的部件板104。磁性传感器封装108设有第二垂直厚度T2并且被安装在部件板104上。磁性传感器封装108的感测元件114被配置用于感测由磁场产生结构（图10中未示出）产生的磁场。在所示出的实施例中，感测元件114被垂直地定位成远离垂直中心M不大于第一垂直厚度T1和第二垂直厚度T2的和的1/3，该垂直中心M垂直地位于由部件板104和安装在其上的磁性传感器封装108组成的所示出的组件的上端和下端之间的中间。T表示图10中示出的布置的整个垂直厚度。有利地，感测元件114离中间或垂直中心M的垂直位移h小于单独的垂直厚度T1加上T2的和的1/3（优选地，小于其1/4）。Z1和Z2分别表示感测元件114离图10中所示出的布置的顶端和底端的垂直间隔。

图11图示根据另一个示例性实施例的具有磁性传感器封装108的磁性传感器布置100的横截面视图。图11示出针对引线封装的与图10相似的情形。

图12图示根据另一个示例性实施例的具有磁性传感器封装108的磁性传感器布置100的横截面视图。图12示出针对SMD封装的与图10相似的情形。

图13图示根据另一个示例性实施例的、具有磁性传感器封装108的磁性传感器布置100的横截面视图。图13示出针对无引线封装的与图10相似的情形。

图14图示根据示例性实施例的具有裸管芯的磁性传感器布置100的横截面视图，该裸管芯形式为具有感测元件114的半导体芯片189。根据图14的裸管芯架构，提供裸半导体芯片189而不是封装。用于提供与部件板104的连接的球或突块用参考数字111表示。底部填充用参考数字113表示。图14涉及倒装芯片配置。

图15图示根据另一个示例性实施例的具有裸管芯的磁性传感器布置100的横截面视图，该裸芯片形式为具有感测元件114的半导体芯片189。

应当注意的是，术语“包括”不排除其它元素或特征并且“一”或“一个”不排除多个。与不同实施例相关联地描述的元素还可以组合。还应当注意的是，参考标记不应被解释为限制权利要求的范围。此外，本申请的范围不意图限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。相应地，所附权利要求意图在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (23)

1.磁性传感器装置，包括：

部件板，具有第一垂直厚度并且具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔；

磁性传感器封装或裸半导体芯片，具有第二垂直厚度、被安装在所述部件板上、并且包括被配置用于感测由所述磁场产生结构产生的磁场的感测元件；

其中，所述感测元件被垂直地定位成远离垂直中心不大于所述第一垂直厚度和所述第二垂直厚度的和的1/3，所述垂直中心垂直地位于由所述部件板和安装在其上的所述磁性传感器封装或所述裸半导体芯片组成的组件的上端和下端之间的中间。

2.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁性传感器封装被安装在所述部件板的主表面中的一个处。

3.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁性传感器封装包括在载体上的所述感测元件，其中所述感测元件和所述载体中的至少一个至少部分地被密封剂密封。

4.根据权利要求3所述的磁性传感器装置，其中，所述载体的至少部分被安装在所述部件板的主表面中的一个处。

5.根据权利要求3所述的磁性传感器装置，其中，所述载体是基本上平坦的并且被完全定位在所述容纳孔外面。

6.根据权利要求3所述的磁性传感器装置，其中，所述载体的至少一部分是弯的并且被部分地定位在所述容纳孔里面且部分地定位在所述容纳孔外面。

7.根据权利要求6所述的磁性传感器装置，其中，所述载体的至少一部分是所述载体的端子部分。

8.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器封装包括在载体上的所述感测元件，其中所述感测元件从所述载体朝向所述部件板延伸，以及其中所述感测元件被布置在所述载体和所述部件板之间。

9.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器封装包括在载体上的所述感测元件，其中所述感测元件从所述载体朝向所述部件板延伸，以及其中所述载体是弯的从而形成所述感测元件至少部分地被容纳在其中的腔。

10.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，包括密封剂，其中所述磁性传感器封装包括在载体上的所述感测元件，其中所述感测元件从所述载体朝向所述部件板延伸，以及其中所述感测元件和所述载体中的至少一个至少部分地被所述密封剂密封。

11.根据权利要求10所述的磁性传感器装置，其中，所述密封剂至少部分地被布置在所述载体和所述部件板之间。

12.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器封装包括在载体上的所述感测元件，其中所述感测元件从所述载体朝向所述部件板延伸，以及其中所述载体被安装在所述部件板的主表面上。

13.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁性传感器封装是引线传感器封装。

14.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁性传感器封装是表面安装器件传感器封装。

15.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁性传感器封装是无引线传感器封装。

16.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，包括至少部分地被布置在所述容纳孔内的所述磁场产生结构。

17.根据权利要求16所述的磁性传感器装置，其中，所述磁场产生结构包括相对于所述磁性传感器封装可旋转的可旋转轴，并且包括至少一个磁性元件，所述至少一个磁性元件被安装在所述轴上并且具有关于所述轴的要被感测的旋转角度的非对称磁性质。

18.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述磁场产生结构包括导电结构，其中要被感测的电流能够通过所述导电结构流动。

19.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述容纳孔是由所述部件板的边缘处的凹进部分、板内部通孔、凹槽和盲孔组成的组中的一个。

20.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述部件板是平板形板。

21.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中，所述部件板是印刷电路板。

22.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，被配置为由角度传感器和电流传感器组成的组中的一个。

23.一种制造磁性传感器装置的方法，所述方法包括：

提供部件板，所述部件板具有第一垂直厚度并且具有用于容纳磁场产生结构的至少部分的容纳孔；

将具有第二垂直厚度的磁性传感器封装或裸半导体芯片安装在所述部件板上，所述磁性传感器封装或裸半导体芯片包括被配置用于感测由所述磁场产生结构产生的磁场的感测元件；

其中，所述感测元件被垂直地定位成远离垂直中心不大于所述第一垂直厚度和所述第二垂直厚度的和的1/3，所述垂直中心垂直地位于由所述部件板和安装在其上的所述磁性传感器封装或所述裸半导体芯片组成的组件的上端和下端之间的中间。

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